JP6164428B2 - Slip rate control device for four-wheel drive vehicles - Google Patents
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本発明は、車両の駆動源としての原動機が出力した原動機出力トルクを前輪及び後輪に伝達する四輪駆動車のスリップ率制御装置に係わり、特に、原動機出力トルクの一部をカップリングを介して後輪に伝達し、このカップリングの締結トルクを変化させることにより、原動機出力トルクのうち後輪に伝達するトルクを変化させることができる四輪駆動車のスリップ率制御装置に関する。 The present invention relates to a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle that transmits a prime mover output torque output from a prime mover as a vehicle drive source to front wheels and rear wheels, and in particular, a part of the prime mover output torque is coupled via a coupling. The present invention relates to a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle that can change the torque transmitted to the rear wheels out of the motor output torque by transmitting the torque to the rear wheels and changing the coupling torque of the coupling.
従来から、車輪のスリップ率を考慮して、原動機からの駆動トルクを前輪と後輪とに配分する制御が提案されている。例えば、特許文献1には、車両の旋回加速時の限界性能を向上すべく、各車輪のスリップ率と、対応する各車輪のドライビングスティフネスとの積に基づいて、各車輪に分配する駆動トルクを決定する、四輪駆動車に関する制御装置が提案されている。
Conventionally, there has been proposed control for distributing the driving torque from the prime mover to the front wheels and the rear wheels in consideration of the slip ratio of the wheels. For example,
ところで、車輪のスリップ率と車輪に付与される駆動力との関係がほぼ線形になる、スリップ率が微小である領域(例えばスリップ率が8%以下の領域であり、以下では当該領域を「微小スリップ領域」と呼ぶ。)が存在するが、そのような微小スリップ領域を考慮に入れて、四輪駆動車における車輪のスリップ率を適切に制御することが望ましい。特に、カップリングを介して後輪に駆動トルクを伝達し、カップリングの締結トルクを変化させることで後輪に伝達する駆動トルクを変化させる四輪駆動車において、微小スリップ領域を考慮に入れて、カップリングの締結トルクを変化させて、車輪のスリップ率を適切に制御できるとよい。 By the way, the relationship between the slip rate of the wheel and the driving force applied to the wheel is almost linear, and the region where the slip rate is very small (for example, the region where the slip rate is 8% or less. However, it is desirable to appropriately control the slip ratio of a wheel in a four-wheel drive vehicle in consideration of such a small slip region. In particular, in a four-wheel drive vehicle that changes the driving torque transmitted to the rear wheels by transmitting the driving torque to the rear wheels through the coupling and changing the coupling fastening torque, taking into account the minute slip region. It is preferable that the slip ratio of the wheel can be appropriately controlled by changing the coupling fastening torque.
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、微小スリップ領域を考慮に入れて、後輪に駆動トルクを伝達するカップリングの締結トルクを適切に制御することができる、四輪駆動車のスリップ率制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and appropriately controls the coupling torque of the coupling that transmits the driving torque to the rear wheels in consideration of the minute slip region. An object of the present invention is to provide a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle.
上記の目的を達成するために、本発明は、車両の駆動源としての原動機が出力した原動機出力トルクを前輪及び後輪に伝達する四輪駆動車のスリップ率制御装置であって、この四輪駆動車のスリップ率制御装置は、原動機出力トルクの一部をカップリングを介して後輪に伝達し、このカップリングの締結トルクを変化させることにより、原動機出力トルクのうちで後輪に伝達するトルクを可変に構成され、前輪速度及び後輪速度に基づいて、カップリングに生じているスリップに関するカップリングスリップ率を求めるカップリングスリップ率算出手段と、後輪に伝達される駆動トルクである後輪駆動トルクと、ドライビングスティフネスとに基づいて、後輪に生じているスリップに関する後輪スリップ率を算出する後輪スリップ率算出手段と、カップリングスリップ率算出手段が求めたカップリングスリップ率と、後輪スリップ率算出手段が求めた後輪スリップ率とに基づいて、前輪に生じているスリップに関する前輪スリップ率を求める前輪スリップ率算出手段と、前輪スリップ率が微小スリップ領域内に維持されるように、前輪スリップ率算出手段が求めた前輪スリップ率に基づいて、カップリングに適用すべき締結トルクを求める締結トルク算出手段と、締結トルク算出手段が求めた締結トルクをカップリングに適用する制御を行うカップリング制御手段と、を有し、微小スリップ領域は、車輪のスリップ率と車輪に付与される駆動力との関係がほぼ線形とみなせる領域である、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、後輪に駆動力が付与されるため、後輪速度を車体速度として参照できない四輪駆動車における後輪速度をあえて参照して、この後輪速度及び前輪速度からカップリングスリップ率を求めて、このカップリングスリップ率と、後輪駆動トルク及びドライビングスティフネスから求めた後輪スリップ率とに基づいて、前輪スリップ率を求めて、この前輪スリップ率に基づいてカップリングに適用する締結トルクを求めるので、前輪スリップ率を適切に制御することができる。具体的には、前輪スリップ率と目標スリップ率との差分から締結トルクを求め、後輪に駆動トルクを分配することにより、前輪のみで原動機出力トルを受け止めた場合のスリップ率から、四輪で原動機出力トルを受け止めた場合のスリップ率までの範囲において、任意に前輪スリップ率を制御することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle that transmits a motor output torque output by a motor as a drive source of a vehicle to front wheels and rear wheels. The slip ratio control device for the driving vehicle transmits a part of the prime mover output torque to the rear wheel through the coupling, and transmits the coupling torque of the coupling to the rear wheel by changing the coupling torque of the coupling. Coupling slip ratio calculating means for determining a coupling slip ratio related to slip occurring in the coupling based on the front wheel speed and the rear wheel speed, and a driving torque transmitted to the rear wheel. Rear wheel slip ratio calculating means for calculating a rear wheel slip ratio related to slip occurring in the rear wheel based on the wheel driving torque and the driving stiffness. The front wheel slip ratio calculation for determining the front wheel slip ratio related to the slip occurring in the front wheel based on the coupling slip ratio determined by the coupling slip ratio calculation means and the rear wheel slip ratio calculated by the rear wheel slip ratio calculation means. And a fastening torque calculating means for obtaining a fastening torque to be applied to the coupling based on the front wheel slip ratio obtained by the front wheel slip ratio calculating means so that the front wheel slip ratio is maintained in a minute slip region. It possesses coupling control means for controlling the application of fastening torque the torque calculating means is determined the coupling, the micro slip region, the relationship between the driving force applied to the slip ratio and the wheel of the wheels substantially linear It is a region that can be regarded as a region .
In the present invention configured as described above, since a driving force is applied to the rear wheel, the rear wheel speed in the four-wheel drive vehicle in which the rear wheel speed cannot be referred to as the vehicle body speed is referred to. The coupling slip ratio is obtained from the front wheel speed, and the front wheel slip ratio is obtained based on the coupling slip ratio and the rear wheel slip ratio obtained from the rear wheel driving torque and the driving stiffness, and based on the front wheel slip ratio. Thus, since the fastening torque applied to the coupling is obtained, the front wheel slip ratio can be appropriately controlled. Specifically, by obtaining the fastening torque from the difference between the front wheel slip ratio and the target slip ratio and distributing the drive torque to the rear wheels, the slip ratio when the motor output torque is received only by the front wheels, The front wheel slip ratio can be arbitrarily controlled within the range up to the slip ratio when the motor output torque is received.
本発明において、好ましくは、カップリングに現在適用されている締結トルクと、後輪のデファレンシャルギヤのギヤ比と、トランスミッションからの駆動トルクをプロペラシャフトに伝達するパワーテイクオフ(PTO)のギヤ比と、原動機出力トルクとに基づいて、後輪駆動トルクを求める後輪駆動トルク算出手段を更に備え、後輪スリップ率算出手段は、後輪駆動トルク算出手段が求めた後輪駆動トルクに基づいて、後輪スリップ率を求める。
このように構成された本発明によれば、前輪に生じている前輪スリップ率を精度良く求めることができる。
In the present invention, preferably, the fastening torque currently applied to the coupling, the gear ratio of the differential gear of the rear wheel, the gear ratio of the power take-off (PTO) that transmits the drive torque from the transmission to the propeller shaft, Rear wheel drive torque calculation means for obtaining rear wheel drive torque based on the motor output torque is further provided, and the rear wheel slip ratio calculation means is based on the rear wheel drive torque obtained by the rear wheel drive torque calculation means. Find the wheel slip rate.
According to the present invention configured as described above, the front wheel slip ratio generated in the front wheels can be obtained with high accuracy.
本発明において、好ましくは、締結トルク算出手段は、原動機出力トルクを前輪に付与したときに、前輪スリップ率が微小スリップ領域内に収まっている場合には、原動機出力トルクが前輪にのみ付与されるように締結トルクを求め、前輪スリップ率が微小スリップ領域を逸脱した場合には、前輪スリップ率を微小スリップ領域に戻すべく、原動機出力トルクを後輪に分配するように締結トルクを求める
このように構成された本発明によれば、前輪スリップ率を微小スリップ領域内により効果的に維持することができる。
In the present invention, preferably, the fastening torque calculation means applies the prime mover output torque only to the front wheels when the prime mover output torque is applied to the front wheels and the front wheel slip ratio is within the minute slip region. Thus, when the front wheel slip ratio deviates from the minute slip area, the engagement torque is obtained so that the motor output torque is distributed to the rear wheels in order to return the front wheel slip ratio to the minute slip area. According to the present invention configured, the front wheel slip ratio can be more effectively maintained in the minute slip region.
本発明において、好ましくは、締結トルク算出手段は、前輪スリップ率算出手段が求めた前輪スリップ率に加えて、四輪駆動車のアクセル開度変化量にも基づき、締結トルクを求める。
このように構成された本発明によれば、フィードバック制御の遅れを緩和し、アクセルレスポンスを向上させることが可能となる。
In the present invention, it is preferable that the engagement torque calculation means obtains the engagement torque based on the accelerator opening change amount of the four-wheel drive vehicle in addition to the front wheel slip ratio obtained by the front wheel slip ratio calculation means.
According to the present invention configured as described above, it is possible to alleviate the delay in feedback control and improve the accelerator response.
本発明の四輪駆動車のスリップ率制御装置によれば、後輪に駆動トルクを伝達するカップリングの締結トルクを制御することで、前輪のスリップ率を微小スリップ領域内に適切に維持することができる。 According to the slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle of the present invention, the slip ratio of the front wheels is appropriately maintained within the minute slip region by controlling the coupling torque of the coupling that transmits the driving torque to the rear wheels. Can do.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による四輪駆動車のスリップ率制御装置について説明する。 Hereinafter, a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[装置構成]
まず、図1を参照して、本発明の実施形態による四輪駆動車のスリップ率制御装置が適用された車両の全体構成について説明する。図1は、本発明の実施形態による四輪駆動車のスリップ率制御装置が適用された車両を概略的に示した全体構成図である。
[Device configuration]
First, an overall configuration of a vehicle to which a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a vehicle to which a slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention is applied.
図1に示すように、車両1は、主に、エンジン2と、トランスミッション3と、PTO(パワーテイクオフ(Power Take Off))5と、フロントドライブシャフト7R、7Lと、左右一対の前輪9(右前輪9R及び左前輪9L)と、左右一対の後輪10(右後輪10R及び左後輪10L)と、プロペラシャフト12と、電磁カップリング13と、リヤデファレンシャルギヤ15と、リヤドライブシャフト17R、17Lと、コントローラ20と、アクセル開度センサ31と、前輪速度センサ32R、32Lと、後輪速度センサ33R、33Lと、を有する。
As shown in FIG. 1, the
車両1は、フロントエンジン・フロントドライブ方式(FF方式)をベースとした四輪駆動車である。具体的には、車両1は、フルタイム式の四輪駆動を実施するのではなく、二輪駆動状態(前輪9のみを駆動する状態)と、四輪駆動状態(前輪9及び後輪10の両方を駆動する状態)とを適宜切り替え可能に構成されている。また、車両1は、図示しないステアリングの操作に応じて、前輪9を操舵するように構成されている。
The
エンジン2は、燃料と空気との混合気を燃焼させて、車両1の推進力としての駆動トルク(エンジントルク)を発生し、この駆動トルクをトランスミッション3に伝達する。トランスミッション3は、複数の段階にギヤ比を変化させることが可能な変速機であり、エンジン2からの駆動トルクを設定されたギヤ比にて伝達する。この場合、トランスミッション3は、エンジン2からの駆動トルクを、フロントドライブシャフト7R、7Lを介して前輪9に伝達すると共に、トランスファーに相当するPTO5に伝達する。PTO5は、トランスミッション3からの駆動トルクをプロペラシャフト12に伝達し、プロペラシャフト12は、PTO5からの駆動トルクを電磁カップリング13に伝達する。そして、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12からの駆動トルクをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達し、リヤデファレンシャルギヤ15は、電磁カップリング13から伝達された駆動トルクを、リヤドライブシャフト17R、17Lを介して右後輪10Rと左後輪10Lとに配分する。
なお、以下では、エンジン2が出力した駆動トルクを、適宜「PT(Power Train)出力トルク」と呼ぶ。このPT出力トルクは、厳密には、エンジン2が出力した駆動トルクにおいて、トランスミッション3により伝達されるトルクに相当する。また、PT出力トルクは、本発明における「原動機出力トルク」の一例に相当する。
The
Hereinafter, the driving torque output by the
詳しくは、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12とリヤデファレンシャルギヤ15に接続されたシャフトとを連結するカップリングであり、図示しない電磁コイルやカム機構やクラッチなどを有している。電磁カップリング13は、コントローラ20による制御の元で、内部の電磁コイルに供給される電流に応じて、当該電磁カップリング13における締結トルクを可変に構成されている。このように締結トルクを変えることで、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12からの駆動トルクのうち、リヤデファレンシャルギヤ15に伝達する駆動トルク(つまり後輪10に伝達する駆動トルク)の最大値である最大伝達トルクを変えられるようになっている。この場合、電磁カップリング13は、コントローラ20の制御により最大伝達トルクが設定され、この最大伝達トルクに応じた駆動トルクをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達するよう機能する。
具体的には、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12から伝達された、最大伝達トルク以下の駆動トルクについては、この駆動トルクをそのままリヤデファレンシャルギヤ15に伝達する。他方で、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12から伝達された、最大伝達トルクを超える駆動トルクについては、伝達された駆動トルクの全てをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達せず、最大伝達トルクに対応する駆動トルクのみをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達する。
なお、電磁カップリング13は、例えば特開2013−32060号公報に記載された構成を適用することができる。
Specifically, the
Specifically, the
In addition, the structure described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-3260 can be applied to the
他方で、アクセル開度センサ31は、ドライバによるアクセルペダル(不図示)の操作量に対応するアクセル開度を検出する。前輪速度センサ32Rは、右前輪9Rの車輪速度を検出し、前輪速度センサ32Lは、左前輪9Lの車輪速度を検出する。後輪速度センサ33Rは、右後輪10Rの車輪速度を検出し、後輪速度センサ33Lは、左後輪10Lの車輪速度を検出する。これらのアクセル開度センサ31、前輪速度センサ32R、32L及び後輪速度センサ33R、33Lは、それぞれ、検出したアクセル開度、前輪速度(右前輪9R及び左前輪9Lの車輪速度)、及び後輪速度(右後輪10R及び左後輪10Lの車輪速度)に対応する検出信号をコントローラ20に出力する。
On the other hand, the
次に、図2は、本発明の実施形態によるコントローラ20の機能構成図を示す。図2に示すように、コントローラ20は、機能的には、カップリングスリップ率算出部21と、後輪駆動トルク算出部22と、後輪スリップ率算出部23と、前輪スリップ率算出部24と、締結トルク算出部25と、カップリング制御部26と、を有する。
Next, FIG. 2 shows a functional block diagram of the
ここでは、コントローラ20の各構成要素の機能を簡単に説明する(詳細は後述する)。
カップリングスリップ率算出部21は、前輪速度及び後輪速度に基づいて、電磁カップリング13に生じているスリップに関するカップリングスリップ率を求める。
後輪駆動トルク算出部22は、電磁カップリング13に現在適用されている締結トルクと、リヤデファレンシャルギヤ15のギヤ比(以下では単に「リヤデフギヤ比」と呼ぶ。)と、PT出力トルクと、PTO5のギヤ比(以下では単に「PTOギヤ比」と呼ぶ。)とに基づいて、後輪10に伝達されている駆動トルクである後輪駆動トルクを求める。なお、リヤデフギヤ比とPTOギヤ比とが同一である車両の場合には、リヤデフギヤ比及びPTOギヤ比の一方の値を用いればよく、リヤデフギヤ比とPTOギヤ比とが異なる車両の場合には、リヤデフギヤ比及びPTOギヤ比のそれぞれの値を用いればよい。
後輪スリップ率算出部23は、後輪10についての微小スリップ領域において規定される後輪ドライビングスティフネスと、後輪駆動トルク算出部22が求めた後輪駆動トルクとに基づいて、後輪10に生じているスリップに関する後輪スリップ率を求める。
前輪スリップ率算出部24は、カップリングスリップ率算出部21が求めたカップリングスリップ率と、後輪スリップ率算出部23が求めた後輪スリップ率とに基づいて、前輪9に生じているスリップに関する前輪スリップ率を求める。
締結トルク算出部25は、前輪9についての微小スリップ領域内に前輪スリップ率が維持されるように、前輪スリップ率算出部24が求めた前輪スリップ率に基づいて、電磁カップリング13に適用すべき締結トルクを求める。
カップリング制御部26は、締結トルク算出部25が求めた締結トルクを電磁カップリング13に適用する制御を行う。具体的には、カップリング制御部26は、電磁カップリング13に流す電流量を算出する。
Here, the function of each component of the
The coupling slip
The rear wheel drive
The rear wheel slip
The front wheel slip
The fastening
The
このように、コントローラ20は、本発明における「四輪駆動車のスリップ率制御装置」に相当する。
なお、コントローラ20は、CPU、CPU上で解釈実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)、及びプログラムや各種のデータを格納するためのROMやRAMの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。例えば、コントローラ20は、ECU(Electronic Control Unit)によって構成される。
また、コントローラ20は、電磁カップリング13に入力している電流値に基づいて、電磁カップリング13に現在適用されている締結トルクを推定する。
Thus, the
Note that the
Further, the
[制御方法]
次に、本実施形態においてコントローラ20が行う制御方法について具体的に説明する。
[Control method]
Next, the control method performed by the
従来から、車輪の空転などを抑制するためのトラクション制御が行われている。トラクション制御を行う場合、車輪速度と車体速度とによって定義されるスリップ率が必要になるが、車体速度を測定することは困難である。例えば、非駆動輪(後輪)の車輪速度を利用して車体速度を取得する方法があるが、この方法では、非駆動輪が元々存在しない四輪駆動車について車体速度を取得することができない。そのため、一般的に、四輪駆動車では、加速度センサを用いて車体速度を取得してトラクション制御が行われている。 Conventionally, traction control for suppressing idling of wheels has been performed. When performing traction control, a slip ratio defined by the wheel speed and the vehicle body speed is required, but it is difficult to measure the vehicle body speed. For example, there is a method of acquiring the vehicle body speed using the wheel speed of the non-driven wheel (rear wheel). However, this method cannot acquire the vehicle body speed for a four-wheel drive vehicle that originally has no non-driven wheel. . Therefore, in general, in a four-wheel drive vehicle, traction control is performed by acquiring a vehicle body speed using an acceleration sensor.
このように、四輪駆動車にスリップ率制御を適用する場合、後輪速度を車体速度として参照できない。ところで、四輪駆動車としての車両1において、後輪速度をあえて参照してみると、この後輪速度と前輪速度との関係が、電磁カップリング13のカップリングスリップ率に相当するものとなる。電磁カップリング13のカップリングスリップ率は、2つの締結部材の間に生じている滑りの度合いを示しており、プロペラシャフト12の回転数とリヤデファレンシャルギヤ15の回転数(例えばリヤデファレンシャルギヤ15に接続されたシャフトの回転数)との比に相当する。
As described above, when the slip ratio control is applied to the four-wheel drive vehicle, the rear wheel speed cannot be referred to as the vehicle body speed. By the way, in the
上記のようなカップリングスリップ率は、車輪のスリップ率と相関がある。そのため、カップリングスリップ率から車輪のスリップ率を推定することができるのである。したがって、本実施形態では、前輪速度及び後輪速度からカップリングスリップ率を求め、このカップリングスリップ率から前輪スリップ率を求めて、この前輪スリップ率に基づいて、微小スリップ領域内に前輪スリップ率が維持されるように、電磁カップリング13に適用すべき締結トルクを求めることとした。
The coupling slip ratio as described above is correlated with the slip ratio of the wheel. Therefore, the slip ratio of the wheel can be estimated from the coupling slip ratio. Therefore, in the present embodiment, the coupling slip ratio is obtained from the front wheel speed and the rear wheel speed, the front wheel slip ratio is obtained from the coupling slip ratio, and the front wheel slip ratio is within the minute slip region based on the front wheel slip ratio. Therefore, the fastening torque that should be applied to the
ここで、図3を参照して、微小スリップ領域について具体的に説明する。図3は、横軸に車輪のスリップ率を示し、縦軸に車輪に付与される駆動力を示している。グラフG1は、比較的高い摩擦係数を有する路面でのスリップ率と駆動力との関係の一例を示し、グラフG2は、比較的低い摩擦係数を有する路面でのスリップ率と駆動力との関係の一例を示している。グラフG1、G2に示すように、スリップ率が所定値A1(例えば8%)以下の領域R1では、スリップ率と駆動トルクとの関係がほぼ比例関係にある、言い換えるとスリップ率と駆動トルクとの関係が原点を通る一次関数の関係にあることがわかる。本実施形態では、このような領域R1を微小スリップ領域として用いる。 Here, the minute slip region will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the slip ratio of the wheel, and the vertical axis indicates the driving force applied to the wheel. Graph G1 shows an example of the relationship between slip ratio and driving force on a road surface having a relatively high friction coefficient, and graph G2 shows the relationship between slip ratio and driving force on a road surface having a relatively low friction coefficient. An example is shown. As shown in the graphs G1 and G2, in the region R1 where the slip ratio is equal to or less than a predetermined value A1 (for example, 8%), the relationship between the slip ratio and the drive torque is substantially proportional, in other words, the slip ratio and the drive torque. It can be seen that the relationship is a linear function passing through the origin. In the present embodiment, such a region R1 is used as a minute slip region.
なお、微小スリップ領域は、前輪9及び後輪10のそれぞれについて規定することが可能であり、前輪9についての微小スリップ領域を「前輪微小スリップ領域」と適宜呼び、後輪10についての微小スリップ領域を「後輪微小スリップ領域」と適宜呼ぶ。前輪微小スリップ領域及び後輪微小スリップ領域は、多くの走行シーンで前後輪が同じ路面状態にあるためほぼ一致するが、そうでない場合には異なるものとなる。つまり、微小スリップ領域の上限を規定する上記した所定値A1が、前輪微小スリップ領域と後輪微小スリップ領域とで同一値となる場合が多いが、前後輪で路面が異なる走行シーンを想定する場合は異なる値をとることになる。 The minute slip region can be defined for each of the front wheel 9 and the rear wheel 10, and the minute slip region for the front wheel 9 is appropriately referred to as a “front wheel minute slip region”, and the minute slip region for the rear wheel 10. Is appropriately referred to as a “rear wheel minute slip region”. The front wheel minute slip region and the rear wheel minute slip region substantially coincide with each other because the front and rear wheels are in the same road surface state in many traveling scenes, but are different in other cases. That is, the above-mentioned predetermined value A1 that defines the upper limit of the minute slip region is often the same value in the front wheel minute slip region and the rear wheel minute slip region, but assuming a traveling scene in which the road surface is different between the front and rear wheels. Will take different values.
次に、本実施形態による制御方法をより具体的に説明する。まず、本明細書で使用する記号を以下のように定義する。
Vv:車体速度
Vf:前輪速度
Vr:後輪速度
yf:前輪スリップ率
yr:後輪スリップ率
yc:カップリングスリップ率
Tc:締結トルク
Tpt:PT出力トルク
Tf:前輪駆動トルク
Tr:後輪駆動トルク
kf:前輪ドライビングスティフネス
kr:後輪ドライビングスティフネス
gr:リヤデフギヤ比
gf:PTOギヤ比
If:フロントイナーシャ
r:タイヤ径
Wf:前輪軸重
Wr:後輪軸重
Next, the control method according to the present embodiment will be described more specifically. First, symbols used in this specification are defined as follows.
V v: vehicle speed V f: front wheel speed V r: rear wheel speed y f: front wheel slip ratio y r: rear wheel slip ratio y c: coupling slip ratio T c: engaging torque T pt: PT output torque T f: front wheel drive torque T r: rear wheel drive torque k f: front wheel driving stiffness k r: rear wheel driving stiffness g r: Riyadefugiya ratio g f: PTO gear ratio I f: front inertia r: tire size W f: front wheel axle weight W r : Rear wheel axle weight
前輪スリップ率yfは、車体速度Vv及び前輪速度Vfを用いて、式(1)により表される。本来、スリップ率は車輪速度で除すが、ここでは、演算を簡単化するため、車体速度で除す擬似スリップ率(以下ではこの擬似スリップ率のことを「スリップ率」と呼ぶ。)を用いる。また、後輪スリップ率yrは、車体速度Vv及び後輪速度Vrを用いて、式(2)により表される。式(2)において、後輪速度Vrについて解くと、式(3)が得られる。
yf=(Vf−Vv)/Vv 式(1)
yr=(Vr−Vv)/Vv 式(2)
Vr=(1+yr)Vv 式(3)
The front wheel slip ratio y f is expressed by equation (1) using the vehicle body speed V v and the front wheel speed V f . Originally, the slip ratio is divided by the wheel speed, but here, in order to simplify the calculation, a pseudo slip ratio divided by the vehicle body speed (hereinafter, this pseudo slip ratio is referred to as “slip ratio”) is used. . Further, the rear wheel slip ratio y r is expressed by equation (2) using the vehicle body speed V v and the rear wheel speed V r . When the rear wheel speed V r is solved in Expression (2), Expression (3) is obtained.
y f = (V f −V v ) / V v equation (1)
y r = (V r −V v ) / V v equation (2)
V r = (1 + y r ) V v equation (3)
電磁カップリング13のカップリングスリップ率ycと、前輪スリップ率yf及び後輪スリップ率yrとの関係は、式(4)により表される。
yc=(Vf−Vr)/Vr
={1/(1+yr)}{(Vf−Vv)/Vv−(Vr−Vv)/Vv}
=(yf−yr)/(1+yr) 式(4)
とおけるので、
yf=(1+yr)yc+yr 式(5)
となり、前輪スリップ率はカップリングスリップ率と後輪スリップ率から算出する。
The relationship between the coupling slip ratio y c of the
y c = (V f −V r ) / V r
= {1 / (1 + y r )} {(V f −V v ) / V v − (V r −V v ) / V v }
= (Y f −y r ) / (1 + y r ) Equation (4)
So
y f = (1 + y r ) y c + y r formula (5)
Thus, the front wheel slip ratio is calculated from the coupling slip ratio and the rear wheel slip ratio.
電磁カップリング13に現在適用されている締結トルクTcは、電磁カップリング13に入力している電流値から推定できるため、後輪駆動トルクTrは、この締結トルクTc及びリヤデフギヤ比grを用いて、
Tr=grTc 式(6)
となる。また、この時の前輪駆動トルクTfは、PTOギヤ比gf及びPTトルクTptを用いて、
Tf=Tpt−gfTc 式(7)
となる。
Engaging torque T c that is currently applied to the
T r = g r T c (6)
It becomes. Further, the front wheel driving torque T f at this time is obtained by using the PTO gear ratio g f and the PT torque T pt .
T f = T pt −g f T c (7)
It becomes.
ここで、PTOギヤ比gfとリヤデフギヤ比grとが等しいので、カップリングスリップ率ycが0のとき、四輪に均等にトルクが付与されていると仮定すると、後輪駆動トルクTrは式(8)又は式(9)により表され、前輪駆動トルクTfは式(10)により表される。
Tr=Tpt/2 (grTc≧Tpt/2の場合) 式(8)
Tr=grTc (grTc<Tpt/2の場合) 式(9)
Tf=Tpt−Tr 式(10)
Here, since the PTO gear ratio g f and the rear differential gear ratio g r are equal, assuming that the torque is evenly applied to the four wheels when the coupling slip ratio y c is 0, the rear wheel drive torque T r Is represented by equation (8) or equation (9), and the front wheel drive torque T f is represented by equation (10).
T r = T pt / 2 (when g r T c ≧ T pt / 2) Equation (8)
T r = g r T c (when g r T c <T pt / 2) Equation (9)
T f = T pt −T r (10)
微小スリップ領域での前輪スリップ率yfと前輪駆動トルクTfとの関係は、前輪微小スリップ領域での前輪スリップ率yfと前輪駆動トルクTfとの比(言い換えると一次関数の傾き)に相当する前輪ドライビングスティフネスkfは式(11)により表される。
kf -1=Tf/ryf 式(11)
また、後輪は同じ接地状態だと仮定し、摩擦の式「F=μN」から
kr=kfWr/Wf 式(12)
として後輪ドライビングスティフネスを導出し、
yr=kr -1Tr 式(13)
として後輪スリップ率yrを求める。
The relationship between the front wheel slip ratio y f and front wheel drive torque T f in a minute slip region, the ratio of the front wheel slip ratio y f and front wheel drive torque T f at the front wheel micro slip region (the inclination of the other words a linear function) The corresponding front wheel driving stiffness k f is expressed by equation (11).
k f −1 = T f / ry f formula (11)
Further, assuming that the rear wheels are in the same ground contact state, from the frictional expression “F = μN”, k r = k f W r / W f (12)
Deriving the rear wheel driving stiffness as
y r = k r −1 T r formula (13)
The rear wheel slip ratio yr is obtained as follows.
本実施形態では、前輪スリップ率yfと前輪駆動トルクTfとの関係が線形の関係を保つ前輪微小スリップ領域内に、前輪スリップ率yfを維持することを図っている。そのために、前輪微小スリップ領域からの前輪スリップ率yfの乖離量に応じて、後輪駆動トルクTrを変化させるようにする。車両1が加速していない時(つまり車輪が滑って推進力が発生しない時)の前輪スリップ率yfの乖離量は、式(1)及び式(2)の微分値から前輪9の加速度に等しい。そのため、前輪微小スリップ領域からの前輪スリップ率yfの乖離量に応じて後輪駆動トルクTrを変化させるべき後輪駆動トルク変化量dTrは、車両1のフロント側の回転系の慣性を示すフロントイナーシャIfを用いて、式(14)により表される。
dTr=If(yf−yf *) 式(14)
In this embodiment, the front wheel micro slip region where the relationship between the front wheel slip ratio y f and front wheel drive torque T f keeps a linear relationship is aimed to maintain the front wheel slip ratio y f. Therefore, the rear wheel driving torque Tr is changed in accordance with the deviation amount of the front wheel slip ratio y f from the front wheel minute slip region. The amount of deviation of the front wheel slip ratio y f when the
dT r = I f (y f −y f * ) Equation (14)
式(14)において、「yf *」は目標前輪スリップ率である。目標前輪スリップ率yf *は、前輪スリップ率が前輪微小スリップ領域内にあると仮定した場合の前輪スリップ率に相当し、前輪ドライビングスティフネスkf及びPT出力トルクTptを用いて、「yf *=kf -1Tpt」によって表される。この目標前輪スリップ率yf *の式及び上記の式(4)を、式(14)に代入すると、式(15)が得られる。そして、式(15)の後輪駆動トルク変化量dTrに対応する締結トルクTcの変化量(締結トルク変化量)dTcは、式(16)により表される。
dTr=If{(1+yr)yc+yr−kf -1Tpt} 式(15)
dTc=(If/gr){(1+yr)yc+yr−kf -1Tpt} 式(16)
In Expression (14), “y f * ” is the target front wheel slip ratio. The target front wheel slip ratio y f * corresponds to the front wheel slip ratio when the front wheel slip ratio is assumed to be in the front wheel minute slip region, and the front wheel driving stiffness k f and the PT output torque T pt are used to calculate “y f * = K f −1 T pt ”. Substituting the equation for the target front wheel slip ratio y f * and the above equation (4) into equation (14) yields equation (15). Then, a change amount (fastening torque change amount) dT c of the fastening torque T c corresponding to the rear wheel drive torque change amount dT r of Equation (15) is expressed by Equation (16).
dT r = I f {(1 + y r ) y c + y r −k f −1 T pt } Equation (15)
dT c = (I f / g r ) {(1 + y r ) y c + y r −k f −1 T pt } Equation (16)
式(16)中のカップリングスリップ率yc及び後輪スリップ率yrはそれぞれ前後輪速度Vf、Vr及び後輪駆動トルクTrから求めることができるので、式(16)の締結トルク変化量dTcを求めることができる。つまり、前輪微小スリップ領域内に前輪スリップ率yfを維持するために現在の締結トルクTcを変化させるべき量である締結トルク変化量dTcを求めることができる。なお、電磁カップリング13に実際に適用する締結トルクTcは、現在の締結トルクTcに対して締結トルク変化量dTcを付加したトルクを用いればよい。
Coupling slip ratio y c and the rear wheel slip ratio y r before and after each wheel speed V f in the formula (16), so can be determined from V r and a rear wheel drive torque T r, the fastening torque of the formula (16) The change amount dT c can be obtained. That is, it is possible to obtain the fastening torque change amount dT c is an amount to be changed the current engaging torque T c in order to maintain the front wheel slip ratio y f on the front wheel micro slip region. The fastening torque T c actually applied to the
[制御モデル]
次に、図4を参照して、本実施形態においてコントローラ20が実施する制御モデルの具体例について説明する。図4は、本発明の実施形態によるモデルのブロック図を示す。
[Control model]
Next, a specific example of a control model executed by the
まず、コントローラ20のカップリングスリップ率算出部21は、前輪速度センサ32R、32Lのそれぞれが検出した右前輪9Rの車輪速度及び左前輪9Lの車輪速度を取得し、右前輪9Rの車輪速度と左前輪9Lの車輪速度との平均値を前輪速度Vfとして求めると共に、後輪速度センサ33R、33Lのそれぞれが検出した右後輪10Rの車輪速度及び左後輪10Lの車輪速度を取得し、右後輪10Rの車輪速度と左後輪10Lの車輪速度との平均値を後輪速度Vrとして求める。そして、カップリングスリップ率算出部21は、これらの前輪速度Vf及び後輪速度Vrから、式(4)を用いて、カップリングスリップ率ycを求める。
First, the coupling slip
次に、コントローラ20の後輪駆動トルク算出部22は、電磁カップリング13に現在適用されている締結トルクTcと、エンジン2が出力しているエンジントルクに対応するPT出力トルクTptとを取得する。そして、後輪駆動トルク算出部22は、締結トルクTcにリヤデフギヤ比gr(=PTOギヤ比gf)を乗算した値と、PT出力トルクTptに0.5を乗算した値(Tpt/2)とを比較し、小さい方の値を後輪駆動トルクTrとして決定する。つまり、後輪駆動トルク算出部22は、「grTc≧Tpt/2」の場合には、式(8)より、「Tpt/2」を後輪駆動トルクTrとして決定し、これに対して、「grTc<Tpt/2」の場合には、式(9)より、「grTc」を後輪駆動トルクTrとして決定する。
Next, the rear wheel drive
次に、コントローラ20の後輪スリップ率算出部23は、式(13)より、後輪駆動トルク算出部22が求めた後輪駆動トルクTrに対して後輪ドライビングスティフネスkrの逆数(kr -1)を乗算することで、後輪スリップ率yrを求める。
Then, wheel slip
次に、コントローラ20の前輪スリップ率算出部24は、カップリングスリップ率算出部21が求めたカップリングスリップ率ycと、後輪スリップ率算出部23が求めた後輪スリップ率yrとに基づいて、前輪スリップ率yfを求める。具体的には、前輪スリップ率算出部24は、式(4)を変形した以下の式(17)に基づいて、前輪スリップ率yfを求める。
yf=(1+yr)yc+yr 式(17)
Next, the front wheel slip
y f = (1 + y r ) y c + y r (17)
一方で、コントローラ20の締結トルク算出部25は、エンジン2が出力しているエンジントルクに対応するPT出力トルクTptを取得し、このPT出力トルクTptに対して前輪ドライビングスティフネスkfの逆数(kf -1)を乗算することで、目標前輪スリップ率yf *を求める。そして、締結トルク算出部25は、この目標前輪スリップ率yf *と、前輪スリップ率算出部24が求めた前輪スリップ率yfと、リヤデフギヤ比grと、フロントイナーシャIfとに基づいて、締結トルク変化量dTcを求める。具体的には、締結トルク算出部25は、式(16)より、前輪スリップ率算出部24が求めた前輪スリップ率yfから目標前輪スリップ率yf *を減算した値に対して「Ifgr -1」を乗算することで、締結トルク変化量dTcを求める。
On the other hand, the fastening
更に、締結トルク算出部25は、上記のような締結トルク変化量dTcの算出処理と並行して、アクセル開度センサ31が検出したアクセル開度APを取得し、このアクセル開度APを微分したアクセル開度変化量dAPに対して所定のゲインKを乗算することで、締結トルクTcをフィードフォワード制御するためのフィードフォワード用トルク変化量dTFFを求める。このようなフィードフォワード用トルク変化量dTFFを用いることで、締結トルク変化量dTcについてのフィードバック制御の遅れを緩和し、アクセルレスポンスを向上させることが可能となる。
Further, the fastening
そして、締結トルク算出部25は、以下の式(18)より、締結トルク変化量dTcと、フィードフォワード用トルク変化量dTFFと、現在の締結トルクTcとを加算することで、電磁カップリング13に適用すべき締結トルクTcを求める。
Tc=dTc+dTFF+Tc 式(18)
なお、式(18)の左辺の「Tc」は、電磁カップリング13に適用すべき締結トルクTc(言い換えると今回求めた締結トルクTc)であり、式(18)の右辺に含まれる「Tc」は、現在の締結トルクTc(言い換えると前回求められた締結トルクTc)である。
Then, the fastening
T c = dT c + dT FF + T c formula (18)
Note that “T c ” on the left side of Equation (18) is the fastening torque T c to be applied to the electromagnetic coupling 13 (in other words, the fastening torque T c obtained this time), and is included in the right side of Equation (18). “T c ” is the current fastening torque T c (in other words, the fastening torque T c obtained last time).
この後、コントローラ20のカップリング制御部26は、締結トルク算出部25が求めた締結トルクTcを電流値に変換し、この電流値に対応する電流を電磁カップリング13に供給することで、電磁カップリング13に当該締結トルクTcが適用されるようにする。
Thereafter, the
[作用効果]
以上述べた、本発明の実施形態による四輪駆動車のスリップ率制御装置によれば、四輪駆動車における後輪速度Vfをあえて参照して、この後輪速度Vf及び前輪速度Vrからカップリングスリップ率ycを求めて、このカップリングスリップ率ycから求めた前輪スリップ率yfに基づいて、電磁カップリング13に適用する締結トルクTcを求めるので、前輪スリップ率yfを適切に制御することができる。具体的には、前輪微小スリップ領域内に前輪スリップ率yfを適切に維持することができる。これにより、車輪のスリップを適切に抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、前輪スリップ率が微小スリップ領域から逸脱した場合のみ後輪駆動トルクを制御するため、PTO5やリアデフ15内部での伝達トルクロス、電磁カップリング13の締結トルクを発生させるための電流を節約することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
[Function and effect]
According to the slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle according to the embodiment of the present invention described above, the rear wheel speed V f and the front wheel speed V r are deliberately referred to by referring to the rear wheel speed V f in the four-wheel drive vehicle. after asking coupling slip ratio y c, based on the front wheel slip ratio y f obtained from the coupling slip ratio y c, so obtaining a fastening torque T c to be applied to the
Further, according to the present embodiment, the rear wheel drive torque is controlled only when the front wheel slip ratio deviates from the minute slip region, so that the transmission torque within the
[変形例]
上記した実施形態では、本発明を、エンジン2を駆動源とする車両1に適用していたが、本発明は、モータ(電動機)を駆動源とする車両、つまりEV車両にも適用可能である。
また、上記した実施形態では、本発明を、電磁式に駆動される電磁カップリング13に適用していたが、本発明は、油圧式に駆動されるカップリングなど、種々のカップリングに適用可能である。
[Modification]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the electromagnetically driven
1 車両
2 エンジン
3 トランスミッション
5 PTO
9 前輪
10 後輪
12 プロペラシャフト
13 電磁カップリング
15 リヤデファレンシャルギヤ
20 コントローラ
31 アクセル開度センサ
32R、32L 前輪速度センサ
33R、33L 後輪速度センサ
1
9 Front wheel 10
Claims (4)
前輪速度及び後輪速度に基づいて、上記カップリングに生じているスリップに関するカップリングスリップ率を求めるカップリングスリップ率算出手段と、
後輪に伝達される駆動トルクである後輪駆動トルクと、ドライビングスティフネスとに基づいて、後輪に生じているスリップに関する後輪スリップ率を算出する後輪スリップ率算出手段と、
上記カップリングスリップ率算出手段が求めたカップリングスリップ率と、上記後輪スリップ率算出手段が求めた後輪スリップ率とに基づいて、前輪に生じているスリップに関する前輪スリップ率を求める前輪スリップ率算出手段と、
前輪スリップ率が微小スリップ領域内に維持されるように、上記前輪スリップ率算出手段が求めた前輪スリップ率に基づいて、上記カップリングに適用すべき締結トルクを求める締結トルク算出手段と、
上記締結トルク算出手段が求めた締結トルクを上記カップリングに適用する制御を行うカップリング制御手段と、
を有し、
上記微小スリップ領域は、車輪のスリップ率と車輪に付与される駆動力との関係がほぼ線形とみなせる領域である、ことを特徴とする四輪駆動車のスリップ率制御装置。 A slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle that transmits a prime mover output torque output by a prime mover as a vehicle drive source to front and rear wheels, the slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle includes the prime mover output torque Is transmitted to the rear wheel through the coupling, and by changing the coupling torque of the coupling, the torque transmitted to the rear wheel among the motor output torque is variably configured.
A coupling slip ratio calculating means for determining a coupling slip ratio related to the slip occurring in the coupling based on the front wheel speed and the rear wheel speed;
Rear wheel slip ratio calculating means for calculating a rear wheel slip ratio related to slip occurring in the rear wheel based on a rear wheel driving torque that is a driving torque transmitted to the rear wheel and a driving stiffness;
Based on the coupling slip ratio obtained by the coupling slip ratio calculating means and the rear wheel slip ratio obtained by the rear wheel slip ratio calculating means, a front wheel slip ratio for obtaining a front wheel slip ratio relating to a slip occurring in the front wheel. A calculation means;
Fastening torque calculating means for obtaining a fastening torque to be applied to the coupling based on the front wheel slip ratio obtained by the front wheel slip ratio calculating means so that the front wheel slip ratio is maintained in the minute slip region;
Coupling control means for performing control to apply the fastening torque obtained by the fastening torque calculation means to the coupling;
I have a,
The slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle, wherein the minute slip region is a region in which a relationship between a slip ratio of a wheel and a driving force applied to the wheel can be regarded as substantially linear .
上記後輪スリップ率算出手段は、上記後輪駆動トルク算出手段が求めた後輪駆動トルクに基づいて、上記後輪スリップ率を求める、請求項1に記載の四輪駆動車のスリップ率制御装置。 Based on the fastening torque currently applied to the coupling, the gear ratio of the differential gear of the rear wheel, the gear ratio of the power take-off that transmits the drive torque from the transmission to the propeller shaft, and the prime mover output torque, A rear wheel driving torque calculating means for obtaining the rear wheel driving torque;
The slip ratio control device for a four-wheel drive vehicle according to claim 1, wherein the rear wheel slip ratio calculating means obtains the rear wheel slip ratio based on the rear wheel drive torque obtained by the rear wheel drive torque calculating means. .
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